DE2524846C3

DE2524846C3 - Optischer Lichtleiteranschluß und ^ Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2524846C3
Application number: DE2524846A
Authority: DE
Inventors: Keizo Baba; Osamu Nakayama
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1974-06-05
Filing date: 1975-06-04
Publication date: 1978-05-24
Also published as: GB1512095A; DE2524846B2; DE2524846A1; JPS50156448A; US4023886A

Description

Das Hauptpatent betrifft einen optischen Lichtleiteranschluß wenigstens am Ende eines stab- oder faserförmigen optischen Lichtleiters, der wenigstens im Bereich seines Ansch)ußendes mit einem thermoplastischen Kunststoffüberzug versehen ist, zum optischen Kuppeln wenigstens zweier Lichtleiter oder wenigstens eines Lichtleiters mit einer Lichtleitquelle, wobei der Lichtleiteranschluß aus einem einen durchgehenden Hohlraum aufweisenden länglichen Anschlußkörper mit einem Einführungsende für das Lichtleiterende und einem entgegengesetzten Anschlußende besteht und der Hohlraum in einen ersten relativ weiten Hohlraumabschnitt unterteilt ist, der an das Einführungsende anschließt und der in einen zweiten Hohlraumabschnitt mit sich trichterförmig verengender Gestalt übergeht, welcher Abschnitt seinerseits in einen dritten engeren Hohlraumabschnitt übergeht, dessen Querschnitt im wesentlichen gleich dem Querschnitt des überziigsfreien Lichtleiters ist, wobei bei Einführung des Lichtleiters in den Lichtieiteranschiuß der erhitzte Kunststoffüberzug durch den dritten Hohlraumabschnitt abgestreift und vom ersten und zweiten Hohlraumabschnitt aufgenommen wird, und mit einem sich an den dritten Hohlraumabschnitt anschließenden erweiterten Abschnitt, welcher nach Einführung des Lichtleiters mit einer dieser, fixierenden erhärtenden Masse anfüllbar ist, nach Patent 23 52 874. Das Hauptpatent betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtleiteranschlusses.

Nach dem Hauptpatent kann bereits der thermoplastische Kunststoffüberzug am Lichtleiter entfernt werden, ohne die optische Faser oder den optischen Stab zu beschädigen, so daß die optische Kupplung wenigstens zweier Lichtleiter oder wenigstens eines Lichtleiters mit wenigstens einer Lichtquelle ermöglicht wird, deren optische Achsen zueinander ausgerichtet sind.

Hierfür läßt sich nach dem Hauptpatent ein zylindrischer Metallkörper vorsehen, der einen Anschlußkörper für den Lichtleiter bildet und einen axial durchgehenden Hohlraum besitzt. An seinem Einführungsende für den Lichtleiter besitzt der Hohlraum einen relativ weiten Durchmesser, der im wesentlichen gleich Jem Außendurchmesser des anzukuppelnden Lichtleiterendes einschließlich dem thermoplastischen Kunststoffüberzug ist. Zum entgegengesetzten Anschlußende des Anschlußkörpers hin besitzt der Hohlrarm einen relativ engen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der optischen Faser b7\v. dem optischen Stab selbst ist. Der weitere Hohlraumabschnitt des Endkörpers geht dabei konus- oder trichterförmig in den eneeren Hohlraiimahsrhniit

über. In anderen Worten erstreckt sich der Hohlraum von seinem Einführungsende aus gesehen mit einem Hohlraumabschnitt von im wesentlichen gleichem Durchmesser wie der kunststoffüberzogei,e Lichtleiter über einen trichter- oder konusförmig sich verengenden Hohlraumabschnitt zu dem engen Hohlraumabschnitt, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der optischen Faser bzw. des optischen Stabes ist

Nach dem Hauptpatent läßt sich der metallische <o Endkörper in folgender Weise an ein Ende des Lichtleiters anschließen:

Der metallische Anschlußkörper wird auf eine Temperatur vorgewärmt, die leicht höher ist als der Erweichungspunkt des thermoplastischen Kunststoff- >5 Überzuges des Lichtleiters. Das Ende des Lichtleiters wird dann vom Einführungseride des Anschlußkörpers in den Hohlraum hineingedrückt. Mit fortschreitendem Eindringen des Lichtleiters in den Hohlra. m wird der Kunststoffüberzug weicher und löst sich von der optischen Faser oder dem optischen Stab, um den weiteren Hohlraumabschnitt dies Anschlußkörpers auszufüllen. Die optische Faser oder der optische Stab wird durch den engeren Hohlraumabschnitt gedrückt, bis das vordere Ende der Faser oder des Stabes aus dem Anschlußende des Anschlußkörpers herausragt. Dabei befindet sich an dem Austrittsende des AnschiuG körpers im Anschluß an den verengten Hohlraumabschnitt eine erweiterte Ausnehmung, die mit einer erhärtenden Masse ausgefüllt wird, um das Ende der Faser oder des Stabes lagefest zu umschließen. Das Anschlußende des Anschlußkörpers wird mit der erstarrten Abschlußmasse und dem Ende der optischen Faser oder dem optischen Stab spiegelartig glatt geschliffen bzw. poliert, so daß der Anschlußkörper ein zylindrisches Ende mit einer ebenen Anschlußfläche aufweist.

Zwei Lichtleiter lassen sich nun nach dem Hauptpatent in der Weise kuppeln, daß sie jeweils mit Anschlußkörpern versehen von beiden Seiten einer zylindrischen Hülse aus in die Hülse hineingesteckt werden, deren Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der beiden Anschlußkörper ist, die innerhalb der Hülse mit ihren Anschlußflächen aneinandergrenzen.

Gemäß dem Hauptpatent wird der thermoplastische Überzug um die optische Faser oder den optischen Lichtleiter herum erweicht, sobald er in Kontakt mit dem erwärmten Anschlußkörper gebracht wird, in dessen Hohlraum der Lichtleiter hineingepreßt wird. Dabei kann sich die Schwierigkeit ergeben, daß sich die Achse des Anschlußkörpers nicht leicht koaxial mit der Achse des Lichtleitkörpers bzw. der Achse der optischen Faser oder des optischen Stabes halten läßt. Mit anderen Worten kann es bei der Montage des Anschlußkörpers an einen Lichtleitkörper passieren, daß die Achse der optischen Faser oder des optischen Stabes von der Achse des Anschlußkörpers im Bereich seines Anschlußendes abweicht. Die Folge ist, daß die Achsen des Anschlußkörpers und der Faser oder des Stabes im Anschlußende nicht miteinander fluchten, so daß bei der Kupplung zweier mit Anschlußkörpern versehener Lichtleiterenden die optischen Achsen nicht genau genug aneinanderstießen.

Nach dem Hauptpatent konnten diese Probleme auf Schwierigkeiten stoßen, weil es unmöglich war, einen ^ft5 ausreichend langen verengten Hohlraumabschnitt in dem Anschlußkörper vorzusehen, in dem sich die ontische Faser ndo.r der ontisrhp Stah ρρηιΊσρηΗ pn«

führen ließ, um dadurch eine Abweichung der optischen Achse der Faser oder des Stabes aus der Sollage zu vermeiden.

Das Durchdrücken der optischen Faser oder des optischen Stabes durch den Hohlraum läßt sich jedoch in der Praxis nur erreichen, wenn die Länge des verengten Hohlraumabschnittes im Anschlußkörper nicht zu lang und sein Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der Faser oder des Stabes. Hierdurch lassen sich aber Abweichungen der optischen Achse der Faser oder des Stabes nicht leicht vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen optischen Lichtleiteranschluß der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Lichtleiter in den Anschlußkörper mit dem engen Hohlraumabschnitt einsetzbar ist, ohne daß dab«:i die optische Achse des Lichtleiters aus ihrer axialen Lage gedrängt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den ersten Hohlraumabschnitt und konzentrisch zu ihm vorn Eintriltsende des Ansch/uflkörpers aus teilweise eine Hülse aus schlecht wärmeleitenden, bei der Erweichungstemperatur ues Lichtleiterkunststoffüberzugs noch formstabilen, Material ragt, deren Innenquerschnitt im wesentlichen gleich dem Außenquerschnitt des kunststoffüberzogenen Lichtleiters ist.

Vorteilhafte Ausführungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lichtleiteranschlusses besteht darin, daß vor Einführung des Lichtleiters der Anschlußkörper auf eine Temperatur gebracht wird, die etwas höher als der Erweichungspunkt des Kunststoffüberzuges des Lichtleiters, aber niedriger als der Erweichungspunkt der Hülse liegt, daß der Lichtleiter mit dem Kunststoffüberzug in die Hülse axial eingeführt und in Richtung auf die Anschlußfiäche verschoben wird, wobei durch die Hülse im Bereich der Hülse ein Erweichen des Kunststoffüberzuges im wesentlichen verhindert wird und die Erweichung des Kunststoffüberzuges erst außerhalb der Hülse im Hohlraum des Anschlußkörpers erfolgt, wobei der Kunststoffüberzug des Lichtleiters durch den trichterförmig sich verengenden Hohlraumabschnitt abgestreift und in den freien Hohlraum zwischen dem Ende der Hülse und dem trichterförmigen Abschnitt verdrängt, und daß der überzugsfreie Lichtleiter durch den engen Hohlraumabschnitt hindurch bis zum Anschlußende vorgeschoben wird, das anschließend plangeschliffen wird.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung schematisch dargestellt. Hierin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Lichtleiteranschluß nach der Erfindung mit einem angeschlossenen Ende eines kunststoffumhüllten Lichtleiters und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Lichtleiteranschluß zum optischen Kuppeln zweier Lichtleiter innerhalb einer Hülse.

In Fig. 1 ist ein zylindrischer Anschlußkörper 1 aus Metall im Querschnitt dargestellt, der mit dem Ende eines Lichtleiters 2 verbunden ist. Der Anschlußkörper 1 besitzt hierzu entlang seiner Achse einen durchgehenden Hohlraum, der von seinem Einführungsende für den Lichtleiter aus gesehen, einen ersten Hohlraumabschnitt 11 mit relativ großem Durchmesser umfaßt, an den sich koaxial ein konus- oder trichterförmig verengender Hohlraumabschnitt 12 anschließt, der seinerseits in einen koaxialen engquerschnittigen Hohlraumabschnitt 13 übergeht und von dem ersten weitquerschnittigen Abschnitt If entfernt ϋεκ'.. Der engauerschnittiec

Hohlraumabschnitt 13 schließt an das Anschlußende des Anschlußkörpers 1 an. das im Beispielsfalle eine Vertiefung 14 aufweist. Der weitquerschnittige Hohlraumabschnitt 11 nimmt im Bereich seines Eintrittsendes eine Führungshülse 15 aus einem Material (z. B. Teflon) auf, dessen Erweichungspunkt relativ hoch liegt. Die Führungshülse 15 besitzt einen zylindrischen Abschnitt, der durch radial nach außen gerichtete Spannkräfte eng an der zylindrischen Innenwandung des Abschnittes 11 anliegt. Um mit Sicherheit ein Gleiten der Führungshülse 15 in axialer Richtung zu vermeiden, ist diese an ihrem einen Ende zusätzlich mit einem radial vorspringenden Rand i5A versehender in eine Ringnut in der Innenwandung des weitquerschnittigen Hohlraumabschnittes 11 mit Abstand von dem engen Hohlraumabschnitt 13 eingreift. Vorteilhafterweise sind die Führungshülse 15 und der weitquerschnittige Hohlraumabschnitt 11 axial zueinander ausgerichtet.

Der Lichtleiter 2, der mit dem Anschlußkörper 1 verbunden wird, enthält eine optische Faser bzw. einen optischen Stab 21, die bzw. der von einem thermoplastischem Kunststoffmaterial 22 ummantelt ist. Der äußere Durchmesser des Lichtleitkörpers 2 ist im wesentlichen gleich mit dem inneren Durchmesser der Führungshülse 15, so daß der Lichtleiter in die Führungshülse eingeführt werden kann. Der äußere Durchmesser der optischen Faser bzw. des optischen Stabes 21 ist im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser des engquerschnittigen Hohlraumabschnittes 13.

Zum Verbinden des Anschlußkörpers 1 an den Lichtleiter 2 wird der Anschlußkörper 1 vorgewärmt auf eine Temperatur, die etwas oberhalb des Erweichungspunktes des Kunststoffmaterials 22 aber ausreichend niedriger als der Erweichungspunkt der Führungshülse

15 liegt. Der Lichtleiter 2 wird dann in die Führungshülse 15 eingeführt, und zwar in Richtung des Pfeiles A entlang der Achse des Anschlußkörpers 1. Im Bereich des konus- oder trichterförmig sicn verengenden Hohlraumabschnittes 12 wird der Kunststoffüberzug 22 von der optischen Faser oder dem optischen Stab abgestreift, um der Faser oder dem Stab den Durchtritt durch den engquerschnittigen Abschnitt 13 und den Austritt aus dem Anschlußende 16 des Anschlußkörpers

1 auf der Seite der Ausnehmung 14 zu erlauben. Wenn die optische Faser oder der Stab aus dem Anschlußende

16 heraustritt, ist der freie Hohlraum in dem Anschlußkörper von dem thermoplastischen Kunststoffkörper ausgefüllt.

Bei diesem Verfahrensschritt dient die Führungshülse 15 als ein thermischer Isolator für den Lichtleiter 2, so daß dieser beim Einführen in den Hohlraumabschnitt 11 des erwärmten A.ischlußkörpers 1 nicht gleich erwärmt und dadurch deformiert wird. Das thermoplastisch Material, das in dem konus- oder trichterförmig siel verengenden Abschnitt 12 des Hohlraumes von dei optischen Faser oder dem optischen Stab 21 abgestrif fen wird und dazu dient, den freien Hohlraun auszufüllen, wird an dem Rand 154 der Führungshülse zurückgehalten bzw. gestaut, so daß das erkalten thermoplastische Material als Stopper für die Führungs hülse dient.

Nach dem Einsetzen des Lichtleiterendes und derr Abkühlen des verdrängten thermoplastischen Material: wird die Ausnehmung 14 am Anschlußende 16 mit einei Binde- und Abdichtmasse, z. B. ein Epoxi-Harz, angefüll (in den Zeichnungen nicht dargestellt), um da; herausragende Ende der optischen Faser oder de; optischen Stabes lagefest einzugießen und damii festzuhalten. Nach dem Erkalten der Binde- und Abdichtmasse wird die Anschlußfläche 16 des Anschlußkörpers 1 mit dem Faser- oder Stabende eben und spiegelartig glattgeschliffen bzw. glattpoüert.

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine zylindrische Hülse 3, in die zur Kupplung zwei Lichtleiter 2A und 2ß in Verbindung mit Anschlußkörpern \A urd Xt entsprechend F i g. 1 von ihren beiden Enden aus eingeführt sind. Entsprechende Teile sind dabei in der F i g. 1 und 2 mit entsprechenden Ziffern gekennzeichnet. In der Zeichnung ist der Lichtleiter A auf der linker Seite und der Lichtleiter B auf der rechten Seite gezeichnet.

Wie vorstehend beschrieben, weist die Erfindung einen thermischen Isolator in der Gestalt einer Hülse 15 aus Kunststoff auf, durch die eine genaue koaxiale Kupplung zweier Lichtleitkörper gemäß dem eingangs erwähnten älteren Vorschlag wesentlich erleichteri wird.

In dem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung weisen die Anschlußkörper 1, die Lichtleitkörper 2, die Hohlraumabschnitte 11 und die Führungshülsen 15 vorzugsweise zylindrische Querschnitte auf. Für der Fachmann ist es jedoch klar, daß statt zylindrischer Querschnitte auch andere Querschnitte vorteilhaft seir können, solange die Querschnitte punktsymmetriscr sind. Auch kann die Ausnehmung 14 mit der Binde- und Abdichtmasse zum Festhalten des herausragender optischen Faser- oder Stabendes entfallen, wenn da« thermoplastische Material in dem Hohlraumabschniti 11 genügend verfestigt ist. Die Erfindung ist weiterhir nicht auf die in den F i g. 1 und 2 dargestellter Ausbildungen der metallischen Anschlußkörper unc ihre gemeinsame Kupplung beschränkt. Weiterhin kanr es sich um Lichtleiter handeln, die mehr als eine optisch« Faser oder einen optischen Stab aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Lichtleiteranschluß wenigstens am Ende eines stab- oder faserförmigen optischen s Lichtleiters, der wenigstens im Bereich seines Anschlußendes mit einem thermoplastischen Kunststoffüberzug versehen ist, zum optischen Kuppeln wenigstens zweier Lichtleiter oder wenigstens eines Lichtleiters mit einer Lichtleiterquelle, wobei der Lichtleiteranschluß aus einem einen durchgehenden Hohlraum aufweisenden länglichen Ansclhlußkörper mit einem Einführungsende für das Lichtleiterende und einem entgegengesetzten Anschlußende besteht und der Hohlraum in einen ersten relativ weiten Hohlraumabschnitt unterteilt ist, der an das Einführungsende anschließt und der in einen zweiten HohVaumabschnitt mit sich trichterförmig verengender Gestalt übergeht, welcher Abschnitt seinerseits in einen dritten engeren Hohlraumabschnilt übergeht, dessen Querschnitt im wesentlichen gleich dem Querschnitt des überzugsfreien Lichtleiters ist, wobei bei Einführung des Lichtleiters in den Lichtleiteranschluß der erhitzte Kunststoffüberzug durch den dritten Hohlraumabschnitt abgestreift und vom ersten und zweiten Hohlraumabschnitt aufgenommen wird, und mit einem sich an den dritten Hohlraumabschnitt anschließenden erweiterten Abschnitt, welcher nach Einführung des Lichtleiters mit einer diesen fixierenden erhärtenden Masse anfüllbar ist, nach Patent 2 35 28 747, dadurch gekennzeichnet, daß in den ersten Hohlraumabschnitt (11) und konzentrisch zu ihm vom Eintrittsende des Anschlußkörpers (1) aus teilweise eine Hülse (15) aus schlecht wärmeleitendem, bei der Erweichungstemperatur des Lichtleiterkunststoffüberzugs noch formstabilen, Material ragt, deren Innenquerschnitt im wesentlichen gleich dem Außenquerschnitt des kunststoffüberzogenen Lichtleiters (2) ist.

2. Lichtleiteranschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnst, daß die Hülse (15) aus Kunststoff besteht.

3. Lichtleiteranschluß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse in dem ersten Hohlraumabschnitt (11) fixiert ist.

4. Lichtleiteranschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb des ersten Hohlraumabschnittes (U) liegende Ende der Hülse (15) mit einem radial vorspringenden Rand (ISA) versehen ist, der in eine Ringnut in der Innenwandung des Hohlraumabschnittes eingreift.

5. Lichtleiteranschluß nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abgestreifte Kunststoffüberzug im erhärteten Zustand einen Begrenzungsanschlag für das innere Ende (iSA)der Hülse (15) bildet.

6. Verfahren zur Herstellung des Lichtleiteranschlusses nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Einführung des Lichtleiters der Anschlußkörper auf eine Temperatur gebracht wird, die etwas höher als der Erweichungspunkt des Kunststoffüberzug« des Lichtleiters aber niedriger als der Erweichungspunkt der Hülse liegt, daß der Lichtleiter mit dem Kunststoffüberzug in die Hülse axial eingeführt und in Richtung auf die Anschlußfläche verschoben wird, wobei durch die Hülse im Bereich der Hülse ein Erweichen des Kunststoffüberzuges im wesentlichen verhindert wird und die Erweichung des Kunststoffüberzuges erst außerhalb der Hülse im Hohlraum de« Anschlußkörpers erfolgt wobei der Kunststoffüberzug des Lichtleiters durch den trichterförmig sich verengenden Hohlraumabschnitt abgestreift und in den freien Hohlraum zwischen dem Ende der Hülse und dem trichterförmigen Abschnitt verdrängt, und daß der überzugsfreie Lichtleiter durch den engen Hohlraumabschnitt hindurch bis zum Anschlußende vorgeschoben wird, das anschließend plangeschliffen wird.